Mekanika Tanah 2 - Tegangan Efektif, Netral dan Rembesan - Bab II

BAB II

TEGANGAN EFEKTIF DAN NETRAL SERTA REMBESAN

 

2.1. Tegangan Efektif dan Netral

Apabila suatu massa tanah yang dibebani di bawah air akan mengalami dua macam tegangan dalam keadaan tanah jenuh., yaitu :

1.                Tegangan efektif (tekanan antar butir tanah)

2.                Tegangan netral (tekanan air pori)

 

Untuk mempelajari tegangan-tegangan yang bekerja pada tanah, dan khususnya pada kerangka butir tanah, maka kita dapat menghitung tegangan-tegangan pada kedalaman H di bawah permukaan tanah seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

 

 

Permukaan air tanah terletak pada kedalaman h, dan berat isi tanah yang terletak di atas muka air = , sedangkan berat isi tanah di bawah muka air = . Disini kita dapat langsung menghitung tegangan-tegangan pada bidang ab pada kedalaman h.

 

h + (H – h)            dimana   tegangan total

 

Tegangan total adalah gabungan antara tegangan efektif dan tegangan netral.

 

 

 

 

 

Selain tegangan total, besarnya tegangan air didalam pori bias dihitung. Tegangan ini disebut tegangan air pori (pore water pressure). Semua pori didalam tanah berhubungan satu dengan yang lainnya, sehingga tegangan air pori adalah sama dengan tegangan hidrostatik, yaitu :

 

(H – h)                    dimana    = tegangan air pori

 

Jadi tegangan efektif adalah :

 

=   

 

Karena pengaruh gaya kapiler, maka tanah diatas muka air tanah dalam keadaan jenuh, maka :

 

= =  

 

= =  

 

2.2.    Geradien Hidrolik Kritis

 

Apabila suatu tekanan dikerjakan pada lapisan pasir sehingga menimbulkan aliran air yang cukup memberikan keseimbangan terhadap gaya kearah bawah, maka muncul kondisi yang tidak stabil. Pasir dalam kondisi ini (pasir lepas dan butiran pasir bercampur air dalam keadaan kental/liquid tanpa tegangan geser) disebut quick sand.

 

Pada bidang dasar pasir, gaya total kearah bawah adalah sama dengan berat pasir jenuh.

 

LA = . LA

 

Gaya tekan keatas adalah dari seliisih tinggi muka air, (h + L) pada luas penampang :

 

A = ( h + L ). A

 

 

 

 

 

 

Apabila kedua gaya adalah sama, maka gaya kearah bawah dasar tidak ada efeknya dan berarti tidak ada gaya yang bekerja untuk mencegah mengalirnya pasir dalam wadah/container.

 

Jadi :    . LA = ( h + L ) A

 

Atau :  LA (- 1) = hA

 

= = =

h/L adalah gradient pada tanah, dimana tekanan efektif dalam bidang horizontal dikurangi sampai nol dan ini disebut gradient hidrolik kritis.

 

 

2.3.    Kejadian/Peristiwa Kapiler

 

Tinggi kapiler () dalam pipa kapiler dengan radius r sebesar :

 

=

 

Dimana : T = tegangan permukaan

                 = berat isi cairan

                 r = jari-jari kapiler

 

 

Cairan air ,   = 0

Cairan air raksa ,      =

Kalau cairan dalam pipa kapiler adalah air, maka :

 

 

=

 

=

 

T =

 

Dimana : r  = diameter dalam dari pipa

               t  = tebal pipa

               p = selisih tekanan dalam dan luar

 

Timbulnya kapiler dalam tanah, pertama-tama tergantung pada ukuran butir tanah dan kadar pori.

Tinggi kapiler dalam tanah :

 

=

dalam cm

 berkisar antara 0,1 – 0,5 ; tergantung pada bentuk dan sifat permukaan butir.

 

Sedangkan teganagn netral () akan bernilai negative dalam daerah berkapiler.

 

= - ( - ) = +

 

Berarti tengangan kapiler memperbesar tegangan efektif tanah.

 

 

2.4.    Rembesan (Spepage)

 

Ciri-ciri drainase alamiah pada tanah memainkan peranan penting dalam perencanaan irigasi, kanal, reservoir dan lain sebaginya.

 

Ciri/sifat ini dapat diselesaikan dengan flow nets/jaring-jaring aliran.

 

Flow nets adalah gambar rembesan air di dalam tanah yang berupa deretan garis equipotensial dan sederetan garis aliran yang saling berpotongan secara tegak lurus.

 

Flow net digunakan untuk mengetahui :

 

1.    Besarnya gaya tekan ke atas

2.    Gaya-gaya atau jumlah debit

3.    Tekanan air pori

 

Menggambar Flow Net

 

1.    Gambar daerah rembesan air dan bagunan dengan skala, kemudian gambar garis aliran dan garis ekipotensial sampai keujung-ujungnya, jangan sampai garis aliran atau garis ekipotensial tidak masuk seluruhnya pada gambar tersebut.

2.    Gambarlah tiga atau empat garis aliran dengan mengingat bahwa jarak antara garis aliran bergantung pada lengkungnya. Makin lengkung garis aliran berarti semakin dekat satu dengan yang alinnya.

3.    Masukan garis-garis ekipotensial dengan memperhatikan bahwa perpotongannya dengan garus aliran harus tegak lurus sehingga bentuk polygon-poligon mendekati bujur sangkar.

4.    Rubahlah tempat dan bentuk garus-garis aliran dan ekipotensial seperlunya sampai semua syarat-syarat cukup dipenuhi.

 

 

 

 

 

Sesudah flow net digambar, maka dapat dihitung :

 

a.    Tegangan air setiap tempat

b.    Banyaknya air yang merembes

 

h = perbedaan tinggi air sepanjang flow nets

Nf  = 4  (jumlah aliran)

Ne = 11 (jumlah ekipotensial)

Perbedaan ketinggian tegangan antara dua garis : aliran =

         Setelah diketahui perbedaan ketinggian, maka dapat dihitung gradient hidrolik antara garis-garis ekipotensial. Misalnya pada bujur sangkar dengan lebar 1 (lihat gambar), gradient hidrolik :

 

i =

 

Dari rumus Darcy kita dapat menghitung kecepatan aliran, yaitu :

 

V =

 

Dimana  V = kecepatan

 

Bannyaknya air antara dua garis aliran :

 

V. 1 =

 

Sehingga jumlah air yang mengalir :

 

Q =  x = x kh

 

Dimana Q = jumlah air yang merembes pada flow nets tersebut.

                   Satuan Q adalah (/det) atau liter/det, misalnya.

 

Tegangan air pori pada setiap tempat dapat dihitung dari perbedaan tegangan antara masing-masing garis ekipotensial. Misalnya tegangan air pori pada titik P pada gambar, adalah :

 

= ( D + h)

 

Dimana = tegangan air pori

Antara masing-masing garis ekipotensial pada gambar terdapat perbedaan tegangan sebesar :

 

=

 


 

Nf  = …………5………

 

Ne = …………8……..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tugas PR :

 

Sebuah Bendung seperti gambar :

 

Pertanyaan :

 

a.    Gambarkan flow nets/jarring-jaring aliran

b.    Berapa jumlah air yang mengalir dibawah bending (debit)

 

Catatan : Gambar flow nets dibuat pada kertas millimeter (doble folio), skala disesuaikan.

Koefisien rembesan k = 0,0056 cm/det.

 

 

0 komentar:

Google+ Followers

Salam Blogger, Terimakasih telah berkunjung Berkunjung di Blog saya, Dipersilakan buat sahabat-sahabat blogger agar dapat mengikuti blog saya. "Ilmu sebaiknya jangan di Pendam, Tetapi di Sebarluaskan". Thank buat orang special dalam hidup saya. Terimakasih